配電室巡檢機器人技術方案

目錄

1.        背景介紹....................................................................................................................................... 3

2.        系統方案設計............................................................................................................................. 4

2.1    設計思路................................................................................................................................... 4

2.2    系統架構................................................................................................................................... 5

2.3    部署方案................................................................................................................................... 6

2.4    系統組成................................................................................................................................... 7

2.4.1  機器人本體................................................................................................................. 8

2.4.2  無線基站...................................................................................................................... 8

2.4.3  充電樁........................................................................................................................... 8

2.4.4  系統管理平臺............................................................................................................ 8

2.4.5  路由器........................................................................................................................... 9

2.4.6  NVR................................................................................................................................ 9

2.5    系統參數表.............................................................................................................................. 9

3.        系統功能介紹........................................................................................................................... 12

3.1    日常巡檢................................................................................................................................ 12

3.2    可見光視頻監控功能....................................................................................................... 12

3.3    圖像識別功能...................................................................................................................... 13

3.4    紅外測溫功能...................................................................................................................... 14

3.5    局部放電檢測...................................................................................................................... 15

3.6    環境監測功能...................................................................................................................... 16

3.7    雙向語音對講...................................................................................................................... 16

3.8    噪聲檢測................................................................................................................................ 16

3.9    系統自檢及報警................................................................................................................. 17

3.10      自身安全防護.................................................................................................................. 17

3.11      系統聯動............................................................................................................................ 17

4.        巡檢系統平臺功能................................................................................................................. 18

4.1    實施監控界面（任務模式）........................................................................................ 18

4.2       實施監控界面（手動模式）.................................................................................... 19

4.3    調度管理................................................................................................................................ 20

4.4    方案管理................................................................................................................................ 21

4.5    巡檢結果確認...................................................................................................................... 22

4.6    巡檢結果分析...................................................................................................................... 23

4.7    機器人管理........................................................................................................................... 23

4.8    智能報警................................................................................................................................ 24

4.9    智能報表統計導出............................................................................................................ 25

4.10      系統自檢及報警............................................................................................................. 25

4.11      二次開發接口.................................................................................................................. 25

1.      背景介紹

巡檢是有效保證設備運行安全和穩定的一項重要環節。巡檢的目的在于及時發現設備的異常情況，避免系統停車和事故的發生。通過嚴格按照安全規程，采用“望、聞、問、切”的方法進行巡檢，掌握設備運行情況、變化情況，發現設備異常情況及運行環境可能存在的安全隱患，就能采取有效措施，防患于未然。

傳統的巡檢作業，主要通過人工方式，定期對設備和環境進行評估判斷。然而，隨著配電室巡檢作業朝著精細化、規范化、自動化、數字化等方向發展，人工巡檢的弊端也隨之顯現。正是由于傳統的人工巡檢方式存在種種弊端，如何實現更高效、更安全、更智能的巡檢作業，成為人們探索的方向。也正是在這樣的背景之下，智能巡檢機器人應運而生。

2.      系統方案設計

2.1  設計思路

智能巡檢機器人專為復雜環境下的巡檢工作而設計，整合了機器人、定位、導航、避障、場景感知、圖像識別、非接觸檢測等技術，采用自主或遙控的操作方式和可見光、紅外、聲音等檢測方式進行巡檢作業，是監測技術與機器人技術相融合的新型監測設備。

2.2  系統架構

巡檢機器人系統以巡檢機器人為核心，集移動視頻巡檢、紅外測溫、環境監控、數據智能分析等功能于一體，實現對巡檢區域設備的實時監控、數據分析管理。巡檢機器人系統由后臺軟件系統、供電系統、通信系統、機器人系統及其他相關設備組成。具體架構圖如下圖所示：

2.3  部署方案

機器人安裝在機房內，實現機房智能巡檢以及無人值守，包括：機器人本體、充電樁、無線基站、服務器、電控系統及網絡系統等組成。示意布置圖如下所示：

巡檢機器人會使用激光雷達預先繪制機房地圖，將人為指定的運動路徑作為激光導航的目標位置輸入，將此地圖文件及目標位置數據存儲到機器人端，同時采集當前位置信息，根據地圖定位自己的當前精確位置。

2.4 系統組成

機器人本體、充電樁、無線基站、服務器、電控系統及網絡系統等組成

2.4.1       機器人本體

由移動載體、通訊設備和檢測設備等組成的，采用遙控或自動控制模式，用于設備巡檢作業的移動巡檢裝置（以下簡稱機器人）。

2.4.2       無線路由器

由與機器人搭載的無線設備配套的WIFI通信設備，提供無線覆蓋,可配置多基站模式，機器人端實現漫游功能，可實現毫秒級切換。產品穩定、高功率，這些特性保證了產品接收性能***。提供系統內部局域網與外部訪問局域網的隔離，并且提供端口映射功能，保證機器人內網的通信，不占用外部訪問帶寬，以便更好的融入已有的客戶網絡中。

2.4.3       充電樁

機器人空閑時，保持與機器人對應的電極接觸，保證機器人的電池處于滿電量。采用圓銅電極，使用緩沖彈簧，以保證機器人與充電樁的穩定鏈接。***大提供5A的充電電流。

2.4.4       NVR

機器人的視頻存儲服務，常規配置視頻可以存儲30天，以保證可以再出現故障的時候可以采用視頻的方式回溯整個巡檢過程。

2.4.5       系統管理平臺

由計算機、監控分析軟件和數據庫等組成，安裝于場站本地，用于監控、管理機器人運行的計算機系統。并且存儲機器人實時采集的數據，提供WEB服務。

2.5 系統參數表

2.6 供貨范圍

3.      系統功能介紹

3.1  日常巡檢

為了實現對整個配電室監測的全覆蓋，按照被檢測設備的分布設置巡檢停靠點，機器人到達巡檢停靠點后，自動轉動云臺，對屏柜、指示燈，指示表計，配電室內環境進行定點巡檢，巡檢內容包括：配電室內部整體實時環境、環境狀態（氣體、溫濕度）、表計識別、柜體外表溫度、狀態指示燈識別等。

3.2  可見光視頻監控功能

機器人可實現可見光與紅外視頻圖像采集功能，機器人可自動移動到指定位置，控制云臺自由轉動，拍攝機房內各種設備高清圖像和紅外熱成像，并將采集到的信息經無線局域網實時傳輸到主控室，在主控室的工作人員便可根據圖像判斷出電力機房內的各種設備是否安全。

可見光和紅外實時監控實景圖

3.3  圖像識別功能

圖像識別是巡檢機器人系統的核心功能之一，通過機器人自身攜帶的可見光攝像機，完成視頻圖像的數據采集，通過自主開發的高精度圖像識別算法，對視頻數據進行智能分析處理，識別視頻內容。目前，視頻識別功能能夠準確識別室內的儀表、壓板、開關、指示燈、設備外觀等多種表計，并能進行表計自動讀數，從而全面掌握站內電力設備及環境的狀態信息。

3.4  紅外測溫功能

機器人具備紅外溫度采集的功能，對指定區域進行溫度檢測。當被檢測設備超過設定溫度值時，機器人能夠自動報警，工作人員便可到故障地點實地查看，并采取相應措施。同時，將這些信息存儲到數據庫中，為之后的事故處理提供依據。

紅外實時監控效果圖

3.5  局部放電檢測

系統使用機械臂式局放檢測儀檢測所有開關柜、配電柜內部放電現象，結合機器人在垂直方向的行程，局放在水平方向的行程，可實現開關柜、配電柜全方位的局部放電監測。

3.6  環境監測功能

智能巡檢機器人攜帶有氣體探測器與溫濕度傳感器，可以隨時對配電室內的空氣環境與溫濕度進行分析并得出結果，氣體分析包括檢測空氣含氧（O₂）量濃度以及有毒與可燃氣體（CO，H₂S，CH₄）濃度大小，同時將結果反饋給主控室的工作人員，也可人工設置報警的限值，包括低溫、高溫報警限值，濕度報警限值，氣體濃度報警限值，超過限值后立即聲光報警，以防止由于工作人員對電力機房環境的誤判，造成生命危險。

3.7  噪聲檢測

機器人配置噪聲采集設備，能夠采集設備噪聲，并能夠上傳至本地監控系統進行分析。存儲采集到的設備運行及環境噪音數據，并支持音頻信息的可視化展示，包括聲音的波形，聲音的頻域信息的展示等。

3.8  系統自檢及報警

機器人本體自帶關鍵部件的自檢模塊，可以實時監測可見光相機，紅外測溫相機，電池模塊，網絡通信模塊，電機及驅動，氣體檢測模塊等實時狀態，當某一個模塊出現故障時，可以實時語音報警指示出現的錯誤，并控制三色燈變紅做出故障指示。

3.9  自身安全防護

機器人采用超聲波停障系統，對障礙物和機房內工作人員進行探測，遇到障礙會停障并報警，提醒機房內工作人員注意。

3.10       系統聯動

把機器人系統、機房環境監測等多個子系統實現多網融合，互為補充，避免出現多套系統帶來的信息孤島問題，同時預留消防，安防監控，入侵檢測等等專測量接口，解決日常巡檢、生產管理系統，調度指揮等一體化問題，實現綜合電力機房的系統化管理。

系統構架為基于B/S模式的WEB數據瀏覽與運行平臺構成，利用網絡技術把上述系統集成為一個整體，利用機器人、圖像識別技術有效補充在線監測設備、人員巡檢的不足，并通過大數據分析等對象建模的方法，建立了一套適用于綜合電力機房安全及管理的一種方法，實現資源共享和信息互通，建立綜合電力機房中各子系統的聯動和快速反應機制，達到綜合電力機房的各系統協調運行。

機器人智能巡檢系統同時具備一定的擴展接口能力，提供與已有在線監測系統、消防系統等的接口；可實時將巡檢機器人從現場采集的所有氣體濃度信息、溫濕度信息、報警信息及巡檢機器人本身狀態信息通過標準模型進行推送。

4.      巡檢系統平臺功能

本地監控后臺將分析并存儲機器人巡檢的所有巡檢數據，具備實時監控、調度管理、方案管理、巡檢結果確認、巡檢結果分析、機器人管理等子系統。

4.1 實施監控界面（任務模式）

實施監控界面是巡檢系統的主界面，主要展示的內容有：

1、            可見光視頻：直觀的展示機器人當前巡檢設備的實施圖像；

2、            紅外視頻：直觀的展示機器人當前巡檢設備的紅外圖像；

3、            巡檢狀態：主要包括機器人實施巡檢位置信息、巡檢總點數、當前巡檢點、巡檢進度組成；

4、            機器人狀態：可實時查看巡檢機器人的網絡、驅動、電池、傳感器等設備是否正常工資；

5、            巡檢結果數據：能直觀查看當前機器人巡檢結果數據信息。

軟件平臺主界面

4.2     實施監控界面（手動模式）

遠程遙控界面，主要功能是讓用戶能夠根據需求，遙控機器人到任何允許的地方，對特定的設備進行手動的巡檢，可以對車體控制以及錄音、錄像、語音對講等操作。

1、   車體控制：可遠程控制車體進行前進，后退；

2、   更多功能：可遠程控制雨刷、抓拍、錄音、錄像等功能；

手動模式界面

4.3  調度管理

調度類型分為：立即調度、周期調度、定時調度，在調度首頁可以根據需求，新建調度。

調度管理主界面

4.4  方案管理

方案管理可分為方案查看編輯、任務展示兩部分；

1、方案查看編輯：可通過巡檢類型（全面巡檢，自定義巡檢）、識別類型、區域，巡檢點位等條件勾選來建立巡檢方案

方案查看編輯主界面

2、任務展示：可查看每月的任務狀態展示（正在執行、任務完成、未開始、任務取消、無任務五個狀態）

任務展示主界面

4.5  巡檢結果確認

巡檢結果確認分為巡檢結果瀏覽、巡檢報告生成等模塊組成：

1、巡檢結果瀏覽：通過時間查詢選擇設備點位查詢，點擊某一條記錄顯示記錄的詳細信息，另外本界面包括一項人工復核功能，通過人工對比可以修改本次巡檢記錄的告警等級；同時通過導出功能，將巡檢結果導出成Excel表格中。

巡檢結果瀏覽界面

2、巡檢報告生成：巡檢報告主要有任務信息，告警點位、識別異常點位等組成

巡檢報告界面

4.6  巡檢結果分析

巡檢結果分析主要對同一測點的多次巡檢結果進行對比分析

巡檢結果分析界面

4.7  機器人管理

機器人管理配備有獨立、完善的自檢系統。

1)    硬件驅動監控系統：智能巡檢機器人伺服電機驅動模塊，該模塊將實時監控電機驅動狀態，當出現欠壓、過流、過溫等異常情況時，智能巡檢機器人將就地指示并上傳故障信息。

2)    通信監控系統：智能巡檢機器人內部采用can通信、232通信、百兆網絡通信等技術并且配備有完善的通信監控系統，當上述通信出現阻塞、信號丟失、大量數據錯誤等異常情況下，智能巡檢機器人將就地指示并上傳故障信息。

3)    檢測設備監控系統：智能巡檢機器人配備有多種檢測傳感器，例如：可見光高清攝像機、紅外測溫熱成像儀等，各傳感器均配備獨立的自我監控系統，當上述設備出現異常且無法自恢復時，自我監控系統則啟動保護措施，并就地指示上傳故障信息。

智能巡檢機器人智能巡檢系統有可靠、準確的自檢功能，發生異常時應能就地指示，并能上傳故障類型等信息至監控后臺。

機器人管理界面

4.8    智能報警

系統具備預警功能，可完成歷史數據統計與趨勢分析，能夠提前預測變電所可能出現的設備故障和運行環境缺陷，并及時發出預警信息通知后臺管理人員。

（1）   設備高溫報警

（2）   儀表讀數超范圍報警

（3）   空氣質量進入警戒值

（4）   檢測有泄漏物報警

（5）   本體故障報警

4.9    智能報表統計導出

智能巡檢管理軟件可支持各種信息的報表生成，支持日志記錄（保存于數據庫中），工作人員可根據需要按照不同關鍵字段（如時間、設備名稱、問題表現、事故分析等等）來生成不同類型的報表，報表能以表格多種形式，通過同比、環比等多種途徑進行分析，利于從不同角度來判斷機房內各個設備的運行狀況，并預測設備性能。

當出現通信中斷、接收的報文內容異常的情況時，系統設備失去網絡后可能無法正常工作，后臺具備網絡通信斷開報警。每臺設備巡檢結果的多張照片統一歸集于每臺設備目錄下，系統邏輯清晰，以便后期故障排查。

4.10系統自檢及報警

系統所有設備本體自帶關鍵部件的自檢模塊，可以實時監測可見光相機，紅外測溫相機，電源模塊，網絡通信模塊，環境檢測模塊等實時狀態，當某一個模塊出現故障時，可以實時語音報警指示出現的錯誤。

4.11二次開發接口

系統提供基于Http協議的，提供若干基于 GET，POST模式的接口供第三方系統進行二次開發和集成。